电子对抗原理-8-外辐射源雷达信号处理(60张幻灯片)课件.ppt

1、外辐射源雷达信号处理外辐射源雷达信号处理1.外辐射源雷达配置示意图外辐射源雷达配置示意图2.一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 二、基于模拟电视信号外辐射源雷达信号二、基于模拟电视信号外辐射源雷达信号处理处理三、基于数字电视信号外辐射源雷达信号三、基于数字电视信号外辐射源雷达信号处理处理外辐射源雷达结构及信号处理外辐射源雷达结构及信号处理3.一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （一）相关基本概念（一）相关基本概念（二）关键技术（二）关键技术4.1 1、视距内配置和超视距配置、视距内配置和超视距配置RTRRL电视发射塔目标回波接

2、收天线直达波接收天线124.12()dhh考虑绕射后直视距离：（一）相关基本概念（一）相关基本概念一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 5.2、直达波和目标回波信号模型直达波和目标回波信号模型p 直达波接收通道信号：辐射源直接照射到接收站信直达波接收通道信号：辐射源直接照射到接收站信号，可作为参考信号，可能有多径成分号，可作为参考信号，可能有多径成分p 目标回波接收通道信号：包含直达波干扰和目标目标回波接收通道信号：包含直达波干扰和目标反射的信号反射的信号dNj2 f2i 0()()te()tTi SiT STx tKx tK xw t（）)()()()(1M1

3、itwtxGtxtxiSiSD（一）相关基本概念（一）相关基本概念一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 6.电视台或调频广播台在方位上一般是电视台或调频广播台在方位上一般是360均匀照均匀照射，接收波束可以采用射，接收波束可以采用单波束单波束或同时或同时多波束多波束与发射与发射波束配合。波束配合。1 1、“三大同步三大同步”（1 1）空间同步）空间同步保证收、发波保证收、发波束同时指向同束同时指向同一区域。一区域。（二）关键技术（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 7.（2 2）时间同步）时间同步 对直达波和回波进行

4、相关处理，分析目标回对直达波和回波进行相关处理，分析目标回波与直达波的到达时延。波与直达波的到达时延。采用高稳本振，残余的频率差通过相关处理去采用高稳本振，残余的频率差通过相关处理去掉，不影响目标多普勒频率的测量掉，不影响目标多普勒频率的测量（3 3）频率同步）频率同步一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 1 1、“三大同步三大同步”（二）关键技术（二）关键技术201(,)()*()dTjf tdtdMfx t xtedtT8.2 2、直达波抑制与获取、直达波抑制与获取空域滤波、通道均衡等空域滤波、通道均衡等（2 2）参考信号提取参考信号提取（1 1）直达波抑制

5、）直达波抑制从接收站配置、空域滤波、射频对消、视频对消等从接收站配置、空域滤波、射频对消、视频对消等方面采取措施。方面采取措施。（二）关键技术（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 9.3 3、微弱目标回波检测、微弱目标回波检测 （2）长时间相参积累（）长时间相参积累（CAF）提高信噪比。）提高信噪比。（1）大动态范围接收机，关键是）大动态范围接收机，关键是AD信噪比要高。信噪比要高。（二）关键技术（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 201(,)()*()dTjf tdtdMfx t xtedtT10.

6、二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点（二）信号处理流程（二）信号处理流程（三）关键技术研究（三）关键技术研究（四）实时处理效果（四）实时处理效果11.1 1、电视伴音信号、电视伴音信号 带宽窄带宽窄（有效带宽小于（有效带宽小于100kHz），分辨率差，），分辨率差，测距无模糊；测距无模糊；2 2、电视图像信号、电视图像信号 带宽宽带宽宽，但存在，但存在64微秒行周期引起的距离模糊。微秒行周期引起的距离模糊。二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点12.800100

7、01200140016001800-3-2-10123x 104nAmplitude70080090010001100120013001400-2-1.5-1-0.500.511.52x 104nAmplotude电视图像及伴音信号中频信号1 1、电视伴音信号、电视伴音信号二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点13.时延/us 二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例1 1、电视伴音信号、电视伴音信号（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点14.自相关函数存在周期性峰值，峰间距自相关函数存在周期性峰值，峰

8、间距64微秒，峰微秒，峰值间高度相差不多，且基底电平很高。值间高度相差不多，且基底电平很高。时延/us 2 2、电视图像信号、电视图像信号二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点15.二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（二）信号处理流程（二）信号处理流程16.1 1、直达波抑制、直达波抑制2 2、互模糊函数（、互模糊函数（CAFCAF）二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究（三）关键技术研究17.1.1 1.1 空域滤波空域滤波自适应波束置零，如自适应波束置零，如S

9、MISMI算法算法先先DOADOA估计，然后波束置零估计，然后波束置零1.2 1.2 时域对消时域对消 LMS LMS、NLMSNLMS算法算法 维纳算法维纳算法二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制18.矩阵求逆（矩阵求逆（SMISMI）算法）算法1()()NWR NR1 11212122212NNNNNNNx xx xx xx xx xx xRx xx xx x式中，式中，为无干扰时导向为无干扰时导向矢量矢量，为天线阵列相关矩阵为天线阵列相关矩阵阵列天线各单元加权矢量为阵列天线各单元加权矢量为()（三）

10、关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制1.1 1.1 空域滤波空域滤波二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例19.矩阵求逆（矩阵求逆（SMISMI）算法）算法形成宽零陷形成宽零陷（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制1.1 1.1 空域滤波空域滤波未使用SMI算法使用SMI算法，可空域滤波二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例20.（三）关键技术研究（三）关键技术研究)(et)()(2fj2-N0idtwxKtxKtxtTSTiSiT）（)()()()(nXnCnXnYDT)()()()(1M1itw

11、txGtxtxiSiSD直达波通道、目标接收通道直达波通道、目标接收通道接收信号接收信号表示如下：表示如下：对消输出信号对消输出信号用矢量表示如下：用矢量表示如下：1 1、直达波抑制、直达波抑制1.2 1.2 自适应对消自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例21.（三）关键技术研究（三）关键技术研究二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例22.（1）NLMS 式中，式中，是一个很小的正数，主要是为了防止输入信是一个很小的正数，主要是为了防止输入信号能量过小时除法运算溢出，而特别引入的；号能量过小时除法运算溢出，而特别引入的；为步为步长因子。长

12、因子。)()()()()1()(nXnXnXnEnCnCDTDD)()(nYnE（三）关键技术研究（三）关键技术研究1.2 1.2 自适应对消自适应对消1 1、直达波抑制、直达波抑制)()()()(nXnCnXnYDT对消输出：对消输出：权值迭代：权值迭代：二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例23.RLMS对消收敛过程对消收敛过程（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制1.2 1.2 自适应对消自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例24.（2）维纳算法）维纳算法222()()*(1)()*()*(1)()(1)(

13、1)*()*()()*()(1)()xxx nx n xnx n xnNxnx nx nx nxnNRxnN x nxnN x nx nN直达波信号的自相关矩阵为，该矩阵有噪声的影响：直达波信号的自相关矩阵为，该矩阵有噪声的影响：（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制)()()()(nXnCnXnYDT直达波信号与目标接收通道信号的直达波信号与目标接收通道信号的互相关向量互相关向量为：为：则对消系数为：则对消系数为：xyR1xxxyCR R维纳解维纳解1.2 1.2 自适应对消自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例25.p电视信号模糊

14、函数电视信号模糊函数（AF）p电视信号互模糊函数（电视信号互模糊函数（CAF）201(,)()*()dTjf tdtdMfx t xtedtT2 2、互模糊函数、互模糊函数（三）关键技术研究（三）关键技术研究时延时延频移频移二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例26.电视伴音信号模糊函数电视伴音信号模糊函数 电视伴音信号的模糊函数比较理电视伴音信号的模糊函数比较理想，比较适合作为雷达辐射源想，比较适合作为雷达辐射源 多普勒频率/Hz 时延/s 幅度 电视伴音信号互模糊函数电视伴音信号互模糊函数（三）关键技术研究（三）关键技术研究2 2、互模糊函数、互模糊函数二、基于模拟电

15、视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例27.CAF 三维显示图三维显示图 CAF 投影图投影图（三）关键技术研究（三）关键技术研究2 2、互模糊函数、互模糊函数二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例28.1、信号处理流程、信号处理流程2、对消处理结果、对消处理结果3、互模糊函数、互模糊函数4、恒虚警检测、恒虚警检测（四）实时处理效果（四）实时处理效果信息上报二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例29.024681012141618x 1040123456x 105对消后对消后FFTFFT 对消前对消前FFTFFT（四）实时处理效果（四）实时处

16、理效果2 2、对消处理结果、对消处理结果二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例30.对消前后二维相关图对消前后二维相关图 （相关处理时间（相关处理时间1.6s）3 3、互模糊函数、互模糊函数（四）实时处理效果（四）实时处理效果二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例31.（四）实时处理效果（四）实时处理效果二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例32.CFAR结果结果050100150200250-400-300-200-1000100200300400时 延频移406080100120140160180200220240-400-

17、300-200-1000100200300400时 延频移凝聚后的点迹凝聚后的点迹 4、恒虚警检测、恒虚警检测二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果（四）实时处理效果33.20072007年在辽阳实验，年在辽阳实验，雷达雷达P P型显示器显示北型显示器显示北京航线飞机点迹。京航线飞机点迹。2 2架飞机架飞机二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果（四）实时处理效果34.（一）数字电视信号特点（一）数字电视信号特点（二）信号处理流程（二）信号处理流程（三）关键技术研究（三）关键技术研究（四）硬件支持平台（四）硬件支持平

18、台（五）实时处理效果（五）实时处理效果（六）低慢小探测（六）低慢小探测三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例35.p全向辐射；全向辐射；p连续波；连续波；：比调频广播高比调频广播高2 2个数量级，自适个数量级，自适应对消滤波器阶数高约应对消滤波器阶数高约1 1个数量级，运算量增加个数量级，运算量增加400400500500倍。倍。数字电视/调频广播频谱图水平方向信号辐射图（一）数字电视信号特点（一）数字电视信号特点三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例36.信号处理流程示意图（二）信号处理流程（二）信号处理流程三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数

19、字电视信号的处理实例37.1 1、天线阵、天线阵2 2、DBFDBF3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF（三）关键技术研究（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例38.研制了研制了DBF天线阵、多通道接收机和信号处理机等设备。天线阵、多通道接收机和信号处理机等设备。16单元天线阵单元天线阵24通道接收机通道接收机1 1、天线阵、天线阵（三）关键技术研究（三）关键技术研究 8单元天线阵单元天线阵三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例39.01002003004005006007008009

20、00100090100110120130140150160切 比 雪 夫 合 成1616单元天线阵单元天线阵3 3个波束的方向图个波束的方向图 2 2、DBFDBF（三）关键技术研究（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例40.难点：运算量巨大难点：运算量巨大 数字电视信号带宽比调频广播高数字电视信号带宽比调频广播高2个数量级，自适应对消个数量级，自适应对消滤波器阶数高约滤波器阶数高约1个数量级，运算量增加个数量级，运算量增加400500倍倍。解决方法解决方法 采用快速对消算法，当对消阶数为采用快速对消算法，当对消阶数为2000左右时，运算量左右时，运算量

21、比传统算法减小比传统算法减小60倍以上倍以上!效果效果 传统算法使用传统算法使用DSP需要几百片，采用快速对消算法使用一需要几百片，采用快速对消算法使用一片片FPGA就能实现多个波束的对消。就能实现多个波束的对消。3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消（三）关键技术研究（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例41.l干扰强、杂波长干扰强、杂波长 、运算量大、运算量大l分数延时影响严重分数延时影响严重分数延时示意图051015202530354045500510152025303540X:1Y:37.26分 数 时 延（ns）对消增益限制（dB）长杂

22、波示意图分布式对消结构分布式对消结构多阶内插法多阶内插法（三）关键技术研究（三）关键技术研究宽带强直达波干扰抑制宽带强直达波干扰抑制3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例42.p采用快速快速对消算法，采用快速快速对消算法，当对消阶数为当对消阶数为20002000左右左右时，运算量比时，运算量比NLMSNLMS算法算法减小减小4040倍以上倍以上；p传统算法使用传统算法使用DSPDSP需要几需要几百片，采用快速对消算百片，采用快速对消算法使用一片法使用一片FPGAFPGA就能实就能实现多个波束的对消。现多个波束的对消。（三）关键

23、技术研究（三）关键技术研究宽带强直达波干扰抑制宽带强直达波干扰抑制3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例43.对消前对消前对消后对消后数字电视外辐射源雷达直达波干扰抑制效果数字电视外辐射源雷达直达波干扰抑制效果（三）关键技术研究（三）关键技术研究3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消宽带强直达波干扰抑制宽带强直达波干扰抑制三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例44.难 点（1）运算量巨大（2）副峰干扰严重（3）距离和多普勒徙动明显解决措施（1）CAF快速算法，并用大规模FPGA 实现（2）副峰抑制

24、方法（3）徙动补偿算法（三）关键技术研究（三）关键技术研究4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF？三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例45.CAF快速算法FPGA实现框图（1 1）快速算法）快速算法（三）关键技术研究（三）关键技术研究4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例46.数字电视信号特有的信号数字电视信号特有的信号帧结构帧结构，当作为外辐射源雷达照射，当作为外辐射源雷达照射源时，其模糊函数存在较多源时，其模糊函数存在较多副峰副峰，副峰可能引起，副峰可能引起虚警虚警，为避，为避免副峰干扰引起的虚警，需要采取

25、有效措施抑制副峰干扰。免副峰干扰引起的虚警，需要采取有效措施抑制副峰干扰。（2 2）副峰抑制）副峰抑制 （三）关键技术研究（三）关键技术研究4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF单载波模式的数字电视信号帧结构三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例47.数字电视信号模糊函数数字电视信号模糊函数副峰抑制后数字电视信号模糊函数副峰抑制后数字电视信号模糊函数（三）关键技术研究（三）关键技术研究宽带信号CAF：副峰抑制三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例48.（3 3）徙动补偿）徙动补偿 （三）关键技术研究（三）关键技术研究基于包络插值和分数阶傅里叶变换的相

26、参积累算法基于包络插值和分数阶傅里叶变换的相参积累算法4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例49.目标仿真参数：速度1000m/s；加速度-10m/s2；积累时间0.4s。宽带信号CAF：徙动补偿（三）关键技术研究（三）关键技术研究目标三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例50.系统结构示意图（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例51.（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例52.（四）硬件支持平台（

27、四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例53.（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例54.辐射源：辐射源：中央电视塔，中央电视塔，33频道，频道，3kW；实验场地：实验场地：北京理工大学良乡校区图书馆楼顶；北京理工大学良乡校区图书馆楼顶；基线距离：基线距离：24km；数字电视信号基带带宽：数字电视信号基带带宽：7.56MHz；回波接收天线增益：回波接收天线增益：约约20dB；实时实现：实时实现：自适应对消、自适应对消、CAF、CFAR和目标凝聚处理；和目标凝聚处理；（五）实时处理情况（五）实时处理情况

28、 国内首先实现了基于数字电视辐射源的实时处理国内首先实现了基于数字电视辐射源的实时处理于于2011年年1月月23日实时探测到约日实时探测到约85Km处民航机；处民航机；目前探测距离超过目前探测距离超过200km三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例55.北京地区数字电视发射塔位置分布图（五）实时处理情况（五）实时处理情况理工大学良乡校区图书馆楼顶三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例56.回波信号回波信号 对消后回波信号（对消增益对消后回波信号（对消增益32dB32dB）实时处理实时处理B B显截图显截图CAFCAF（五）实时处理情况（五）实时处理情

29、况三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例57.实时处理实时处理B显图显图2，目标飞远，距离约，目标飞远，距离约100km横轴为时延单元数，纵轴为多普勒单元数横轴为时延单元数，纵轴为多普勒单元数（五）实时处理情况（五）实时处理情况三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例58.GPU方案方案FPGA方案方案自适应对消自适应对消1KW约10 W常规常规CAF（适用于（适用于低速目标）低速目标）1KW100W徙动补偿徙动补偿CAF（能检测高速目标）能检测高速目标）1020 KW不可实现1KW 采用采用GPUGPU方案和方案和FPGAFPGA方案功耗对比方案功耗对比（五）实时处理情况（五）实时处理情况三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例59.外辐射源雷达获得的外辐射源雷达获得的螺旋桨转速信息螺旋桨转速信息光学设备获得的光学设备获得的 图像信息图像信息（六）低慢小探测（六）低慢小探测三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例60.谢谢谢谢您的关注！您的关注！